М ИНобрНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

(ЮЗГУ)

Кафедра электроснабжения
УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_____________ О.Г.Локтионова

«____» _______________ 2022 г.
Электроника
Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «Электроника» для студентов направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» по дисциплине «Электроника».

Курск 2022
УДК 621.316.925

Составители: А.В. Филонович, А.О. Гладышкин, И.В. Ворначёва


Рецензент

Кандидат технических наук, доцент В.Н. Алябьев


Электроника: методические указания к выполнению курсовых работ / Юго-Зап.гос.ун-т; сост.: А.В. Филонович, А.О. Гладышкин, И.В. Ворначёва. Курск, 2022. 24 с.: ил. 6. Библиогр.: с. 24.


Содержат сведения по выполнению курсовой работы по электронике, расчетам токов короткого замыкания, выбора трансформаторов тока, расчетам параметров действия защит на электромеханических реле и микропроцессорных устройств релейной защиты.

Методические указания соответствуют требованиям программы, утвержденной учебно-методическим объединением для направления подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника и специальности 140409 Электроснабжение.

Предназначены для направления подготовки 140400.62 и специальности 140409 Электроснабжение очной и заочной форм обучения.


Текст печатается в авторской редакции
Подписано в печать . Формат 60х84 1/16.

Усл.печ.л. 1,4. Уч.–изд.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ . Бесплатно.

Юго-Западный государственный университет.

305044, г.Курск, ул.50 лет Октября, 94

Введение
Для специалистов в области электроснабжения электроника является совершенно необходимым предметом для последующего изучения таких курсов, как теория автоматического управления, автоматизированный электропривод, электротехнологические установки, релейная защита и автоматика, электрические сети и системы и т.д.

Важнейшим направлением развития современной электронной техники является микроэлектроника. Одно из главных преимуществ микроэлектроники – значительное увеличение надежности аппаратуры и широкие возможности резервирования, как целых узлов, так и отдельных элементов. Увеличение функциональной сложности и плотности упаковки элементов привело к появлению средних интегральных схем (СИС), больших (БИС) и, наконец, сверхбольших (СБИС), реализующих не отдельные схемные узлы, а целые устройства, скажем, блоки памяти и даже микроЭВМ.

---

Большие надежды в перспективе возлагаются на «функциональную электронику», которая будет создаваться на основе физической интеграции в отличие от современной технологической. Особенность физической интеграции в том, что при ней нельзя выделить в твердом теле микросхемы область, играющую роль транзистора или диода, или другого элемента. Необходимые функциональные свойства реализуются за счет атомарных, межмолекулярных и других связей, создающих различные эффекты.

Другим перспективным направлением в микроэлектронике является использование некоторых закономерностей биологических систем, что приведет к созданию «молекулярной» электроники.

Все выше сказанное требует совершенствования подготовки инженерно-технических работников в области электроники, а инженеров-электриков тем более.

Цель работы
Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных в курсе электроника и приобретение навыков их практического применения
Задача работы
Задача работы состоит в разработке и расчёте заданного электронного устройства. Настоящие методические рекомендации определяю алгоритм и последовательность выполнения курсовой работы с использованием предложенной литературы и справочного материала.

Пояснительная записка должна содержать следующие структурные части:

- титульный лист;

- задание на выполнение работы;

- содержание;

- введение;

- основная часть;

- заключение;

- список использованных источников.
Рассмотрим выполнение работы на следующем примере: «Проектирование операционного усилителя»
Введение

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах. Первый ламповый ОУ K2W был разработан в 1942 году Л.Джули (США). Он содержал два двойных электровакуумных триода. Первые ОУ представляли собой громоздкие и дорогие устройства. С заменой ламп транзисторами операционные усилители стали меньше, дешевле, надежнее, и сфера их применения расширилась. Первые операционные усилители на транзисторах появились в продаже в 1959 году. Р.Малтер (США) разработал ОУ Р2, включавший семь германиевых транзисторов и варикапный мостик. Требования к увеличению надежности, улучшению характеристик, снижению стоимости и размеров способствовали развитию интегральных микросхем, которые были изобретены в лаборатории фирмы Texas Instruments (США) в 1958 г. Первый интегральный ОУ mА702, имевший рыночный успех, был разработан Р.Уидларом (США) в 1963 году. В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотни наименований. Операционные усилители выпускаются в малогабаритных корпусах и очень дешевы, что способствует их массовому распространению.

---

Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем ("кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.

На рис.1 дано схемное обозначение операционного усилителя. Входной каскад его выполняется в виде дифференциального усилителя, так что операционный усилитель имеет два входа. В дальнейшем будем, при необходимости, обозначать неинвертирующий вход буквой p (positive - положительный), а инвертирующий - буквой n (negative - отрицательный). Выходное напряжение U_вых находится в одной фазе с разностью входных напряжений:

U_вых = U₁ - U₂
Ч
Рис. 1. Обозначение ОУ
тобы обеспечить возможность работы операционного усилителя как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, следует использовать двухполярное питающее напряжение. Для этого нужно предусмотреть два источника постоянного тока, которые, как это показано на рис. 1, подключаются к соответствующим внешним выводам ОУ. Обычно интегральные операционные усилители работают с напряжением питания +/-15 В. В дальнейшем, рассматривая схемы на ОУ, мы, как правило, не будем указывать выводы питания.
Н аконец, операционный усилитель почти всегда охвачен глубокой отрицательной обратной связью, свойства которой и определяют свойства схемы с ОУ.

П
Рис. 2. Принцип отрицательной

обратной связи
ринцип введения отрицательной обратной связи иллюстрируется на рис. 2.
Часть выходного напряжения возвращается через цепь обратной связи ко входу усилителя. Если, как это показано на рис. 2, напряжение обратной связи вычитается из входного напряжения, обратная связь называется отрицательной.

---

Для физического анализа схемы, представленной на рис. 2, допустим, что входное напряжение изменилось от нуля до некоторого положительного значения U_вх. В первый момент выходное напряжение U_вых, а следовательно, и напряжение обратной связи bU_вых также равны нулю. При этом напряжение, приложенное ко входу операционного усилителя, составит U_д = U_вх. Так как это напряжение усиливается усилителем с большим коэффициентом усиления K_U, то величина U_вых быстро возрастет до некоторого положительного значения и вместе с ней возрастет также величина bU_вых. Это приведет к уменьшению напряжения U_д, приложенного ко входу усилителя. Тот факт, что выходное напряжение воздействует на входное напряжение, причем так, что это влияние направлено в сторону, противоположную изменениям входной величины и есть проявление отрицательной обратной связи. После достижения устойчивого состояния выходное напряжение ОУ
U_вых = K_UU_д = K_U(U_вх – bU_вых).

Решив это уравнение относительно U_вых, получим:
K = U_вых /U_вх =K_U/(1 + bK_U)
Таким образом, из этого соотношения следует, что коэффициент усиления ОУ с обратной связью определяется почти исключительно только обратной связью и мало зависит от параметров самого усилителя. В простейшем случае цепь обратной связи представляет собой резистивный делитель напряжения. При этом схема с ОУ работает как линейный усилитель, коэффициент усиления которого определяется только коэффициентом ослабления цепи обратной связи. Если в качестве цепи обратной связи применяется RC-цепь, то образуется активный фильтр. Наконец, включение в цепь обратной связи ОУ диодов и транзисторов позволяет реализовать нелинейные преобразования сигналов с высокой точностью.

Техническое задание

Технические условия на измерительный усилитель:

Коэффициент усиления по напряжению 70 000

Нижняя граница диапазона частот, Гц 0

Верхняя граница диапазона частот, кГц 1000

Минимальное сопротивление нагрузки, Ом 200

Погрешность коэффициента усиления в полосе
рабочих частот на х.х., не более 3%

Дополнительная погрешность коэффициента усиления

---

при подключении сопротивления нагрузки, не более 2%

Максимальное входное напряжение, В 12

Максимальное выходное напряжение, В 10

Входное сопротивление в полосе рабочих частот, МОм 2

Погрешность входного сопротивления, не более 10%

Приведенный температурный дрейф нуля, мкВ/°С, не более 5

Дополнительный фазовый сдвиг в полосе
рабочих частот, не более 120°

Рабочий диапазон температур, °С 10-70
Расчетная часть измерительного усилителя

Структура измерительного усилителя
Так как в техническом задании есть специальные условия для входной и выходной части, то следует ввести специальную входную и выходную части. Эти части могут быть самостоятельными усилителями, охваченными обратной связью, для получения необходимых заданных параметров.

Произведение коэффициентов усиления входной и выходной частей усилителя обычно меньше требуемого. Для того чтобы обеспечить этот показатель необходимо ввести промежуточную часть.
Проектирование входной части
Требуется создать усилитель, входное сопротивление которого должно быть 2 Мом и температурный дрейф нуля не более 5 мкВ/°С. Так как входное сопротивление больше 1Мом, то будем использовать неинвертирующее включение усилителя.



Рис. 3. Неинвертирующее включение усилителя.

Исходя из условий:

• 
  температурный дрейф нуля усилителя должен быть меньше заданного;
  
• 
  большой коэффициент усиления по напряжению;
  
• 
  наибольшая частота единичного усиления.
  

Для входной части выберем операционный усилитель 140УД21.

Его параметры:



Для неинвертирующего включения ОУ применяют следующую формулу:



1. Оценим допустимое значение входного сопротивления


2. Построим ЛАЧХ для выбранного усилителя



Рис. 4. ЛАЧХ операционного усилителя

3. На основании построенной ЛАЧХ получим, что на верхней частоте рабочего диапазона коэффициент усиления будет равен 40дб, на нижней – 120 дб.

---

Смотрите также файлы

• Синтез этилбензоата.rtf

• Предпочтения потребителей представимы дифференцируемыми функциями полезности uk xk1, x2, где x2 количество потребляемого общественного блага, а xk1 потребление частного блага kм потребителем, k A, B, C.docx

• Учебное пособие 2 по английскому языку Для студентов лечебного и педиатрического факультета (2 семестр) 2020 год.doc

• Аналитическая химия фотометрический метод определения меди в растворе.docx

• 1. Появление психологии в Древней Греции на рубеже 76 вв до н э. было связано с необходимостью становления объективной науки о человеке, рассматривавшей душу не на основе сказок,.docx